TrendForce 2024: чипи, памʼять, АІ, батареї - основні тренди на рік

Аналітична компанія TrendForce детально розібрала основні тенденції, які очікуються у різних сегментах технологічної індустрії у 2024 році.

Хмарні провайдери збільшують інвестиції в АІ, що призведе до зростання поставок серверів на 38% до 2024 року

Найбільші хмарні провайдери (CSP), такі як Microsoft, Google і AWS, збільшують свої інвестиції в АІ у світлі зростаючої популярності чат-ботів, генеративного АІ та інших додатків, що підвищує попит на АІ-сервери. За оцінками TrendForce, поставки таких серверів (в тому числі оснащених GPU, FPGA та ASIC) перевищать 1,2 мільйона одиниць у 2023 році - це на 37,7% більше, ніж у попередньому році, і становитиме майже 9% від загального обсягу поставок серверів. Очікується, що у цьому році загальний показник зросте на 38%, а частка систем під завдання штучного інтелекту складе 12%.

Окрім графічних процесорів NVIDIA та AMD, найбільші CSP схиляються до розробки власних чипів ASIC. Наприклад, Google, починаючи з другого півріччя 2023, прискорює впровадження власних TPU в АІ-сервери, річний темп зростання яких перевищує 70%. AWS має намір впровадити ще більше власних ASIC у 2024 році, а обсяг поставок, як очікується, подвоїться. Інші компанії, такі як Microsoft та Meta, також планують розширювати свої власні рішення на базі ASIC, що може поглинути потенціал зростання графічних процесорів. Таким чином, очікується, що попит на АІ-сервери зростатиме цього року, головним чином завдяки агресивним інвестиціям з боку CSP. Очікується, що після 2024 року все більше компаній з прикладних секторів заглиблюватимуться в розробку спеціалізованих моделей АІ та програмного забезпечення. Це сприятиме зростанню граничних АІ-серверів, оснащених графічними процесорами середнього та низького класу (наприклад, серії L40S) або FPGA. Очікувані середньорічні темпи зростання поставок граничних серверів АІ з 2023 по 2026 рік перевищать 20%.

HBM3e забезпечить щорічне зростання доходу HBM на 172%.

Попит на мікросхеми прискорювачів АІ зростає слідом за створенням АІ-серверів. HBM виділяється як критичний продукт DRAM для цих чипів прискорювачів. З точки зору специфікацій, окрім поточного мейнстріму HBM2e, частка попиту на HBM3 також зросла в цьому році завдяки масовому виробництву серій H100/H800 від NVIDIA та MI300 від AMD. Щодо 2024 року, три основні постачальники пам'яті продовжать впроваджувати HBM3e - підвищуючи швидкість до 8 Гбіт/с - і забезпечать ще кращу продуктивність для АІ-прискорювачів у 2024-2025 роках.

На ринку мікросхем прискорювачів АІ, окрім провідних виробників серверних графічних процесорів, таких як NVIDIA і AMD, CSP також прискорюють свої кроки в розробці власних мікросхем, спільною рисою яких є інтеграція з HBM. Очікується, що зі зростанням складності навчальних моделей і додатків попит на HBM буде стрімко зростати. Прогнозується, що у 2024 році HBM зробить значний внесок у доходи постачальників пам'яті. І це при тому, що середня ціна одиниці HBM в кілька разів вища, ніж у інших продуктів DRAM, а річний темп зростання становить 172%.

Чипи зі штучним інтелектом: Зростання попиту на вдосконалене упакування у 2024 році, поява технології 3D IC

Лідери галузі, такі як TSMC, Samsung та Intel, не лише працюють над значними змінами в архітектурі транзисторів, але й визнають життєво важливу роль технології пакування, особливо в умовах, коли виробничі процеси напівпровідників наближаються до фізичних меж. Удосконалене пакування стає необхідним для підвищення продуктивності мікросхем, економії апаратного простору, зменшення енергоспоживання та мінімізації затримок. І TSMC, і Samsung зробили кроки до створення дослідницьких центрів 3D ІС в Японії, підкреслюючи критичну роль упакування в еволюції напівпровідникових технологій.

В останні роки поява чат-ботів сприяла стрімкому зростанню додатків зі штучним інтелектом, що значно збільшило попит на технологію 2.5D-пакування, яка підвищує обчислювальну потужність для АІ завдяки інтеграції обчислювальних чіпів і пам'яті. Таке пакування в основному використовує кремнієвий проміжний шар, створений в процесі виробництва, щоб інтегрувати кілька мікросхем з різними функціями і виробничими процесами, перш ніж об'єднати їх з підкладкою. Насправді кілька 2.5D пакувальних рішень, включаючи CoWoS від TSMC, EMIB від Intel та I-Cube від Samsung, знаходяться в розробці вже багато років. Зараз ці технології досягли рівня зрілості та широко використовуються у високопродуктивних чіпах. У 2024 році постачальники зосередяться на нарощуванні потужностей 2.5D-пакування, щоб задовольнити зростаючий попит на високу обчислювальну потужність у таких додатках, як штучний інтелект.

Тим часом поява технології 3D-пакування також не за горами. Такі рішення, як SoIC від TSMC, X-Cube від Samsung та Foveros від Intel, були послідовно анонсовані. На відміну від 2,5D-упакування, яке використовує кремнієвий проміжний шар, 3D-упакування  безпосередньо з'єднує мікросхеми з різними функціями за допомогою TSV. Це усуває необхідність у кремнієвому проміжному шарі, зменшуючи висоту упакування, скорочуючи шляхи передачі даних між мікросхемами і збільшуючи швидкість обчислень. На додаток до проривів у технології упакування, методи і навіть матеріали, що використовуються для з'єднання мікросхем, будуть в центрі уваги технологічного розвитку. Ефективна інтеграція мікросхем з різними функціями та виробничими процесами має важливе значення для задоволення вимог до високої обчислювальної потужності, низької затримки та енергоефективності в таких напрямках, як штучний інтелект та автономні транспортні засоби.

У 2024 році глобальна ініціація NTN розпочнеться з невеликих комерційних випробувань, що прокладе шлях до ширшого застосування цієї технології

Співпраця між супутниковими операторами, великими напівпровідниковими компаніями, телекомунікаційними операторами і виробниками смартфонів процвітає завдяки постійному збільшенню розгортання супутників глобальними операторами Starlink і OneWeb, а також керівним принципам 3GPP 17-го і 18-го випусків щодо розвитку 5G New Radio в NTN. Кульмінацією цих партнерств стала попередня перевірка сценаріїв розвитку Non-Terrestrial Networks. Наразі NTN зосереджені переважно на застосуванні мобільного супутникового зв'язку, де користувацьке обладнання (UE) безпосередньо взаємодіє з супутниками для тестування двонаправленої передачі даних за певних умов.

У 2024 році основні виробники напівпровідників нарощують свої зусилля в галузі мікросхем супутникового зв'язку. Очікується, що цей сплеск спонукатиме провідних виробників смартфонів інтегрувати функції супутникового зв'язку у свої високорівневі апарати, використовуючи модель SoC. Стабільний попит на hi-end смартфони серед певних сегментів користувачів створює передумови для невеликих комерційних випробувань мереж NTN. Цей розвиток може стати важливим чинником широкого впровадження NTN-додатків у 2024 році. З точки зору довгострокової перспективи мобільного супутникового зв'язку, технології зв'язку ISL є багатообіцяючими. Вони дозволяють передавати дані між низькоорбітальними супутниками і одночасно ретранслювати їх на абонентські пристрої, що працюють у великомасштабних міжрегіональних мережах. Це відповідає баченню досягнення зв'язку 6G з низькою затримкою в глобальному масштабі.

Планування зв'язку 6G розпочнеться у 2024 році, при цьому супутниковий зв'язок займе центральне місце

Процес стандартизації 6G має розпочатися між 2024 і 2025 роками, а впровадження перших стандартних технологій очікується у 2027-2028 роках. З розвитком проривів у ключових технологіях 6G сфера застосування виходить за рамки простої інтеграції надширокосмугових приймачів і передавачів. На перший план вийде безперешкодна інтеграція наземних і бездротових мереж, а також інновації, впроваджені завдяки штучному інтелекту і машинному навчанню. Очікується, що 6G відкриє цілу низку нових технологічних застосувань. Вони включають використання реконфігурованих інтелектуальних поверхонь (Reconfigurable Intelligent Surfaces, RIS), терагерцових частотних діапазонів, оптичного бездротового зв'язку (Optical Wireless Communication, OWC). Завдяки цим досягненням 6G має на меті забезпечити роботу революційних додатків, таких як голографічні проекції, тактильний зв'язок і цифрові двійники.

Низькоорбітальні супутники поступово підтримуватимуть зв'язок 6G в міру того, як стандарти технології 6G ставатимуть все більш адаптованими. Прогнозується, що глобальне розгортання низькоорбітальних супутників досягне піку в період комерціалізації 6G. Крім того, прогнозується, що в епоху 6G значно зросте попит на безпілотники, які використовуються для зв'язку 6G і зондування навколишнього середовища.

Інноваційні учасники сприятимуть оптимізації витрат на технологію Micro LED у 2024 році

2023 рік є ключовим для масового виробництва технології дисплеїв Micro LED, і першочерговим завданням є подолання постійно високих витрат. І тут мініатюризація займає центральне місце; поточний основний розмір для великих дисплеїв - 34x58 мкм буде витіснений 20x40 мкм і навіть меншими - 16x27 мкм. Прогнозується, що лише завдяки зменшенню деталізації, зниження вартості Micro LED протягом наступних чотирьох років становитиме щонайменше 20-25% щорічно.

Процеси перенесення - це серце виробництва Micro LED. У той час як «штампування» забезпечує стабільність, лазерам надається перевага за їх швидкість (одиниця на годину, UPH). Оскільки галузь готується до масового виробництва, підвищена увага приділяється досягненню оптимального балансу між ефективністю та продуктивністю. Поєднання методу «штампування» з лазерним склеюванням у гібридному підході до перенесення привертає значну увагу.

Ринок мікропроекційних дисплеїв у прозорих AR-лінзах - це сфера, де Micro LED має величезний потенціал. Враховуючи жорсткі вимоги до надвисокого PPI, розмір повинен бути обмежений до 5 мкм або навіть менше. Це робить проблему зменшення еквівалентної потужності мікросхеми ще більш складною. Хоча використання комбінації червоних, синіх і зелених світлодіодів може здатися простим, низька ефективність червоних світлодіодів створює значну перешкоду. Вибір синіх світлодіодів у поєднанні з матеріалами на основі квантових точок для перетворення кольору ефективно розв'язує цю проблему, але створює інші проблеми, пов'язані з додатковими виробничими етапами та терміном служби матеріалів.

Інноваційні стартапи відмовляються від традиційних підходів, а такі рішення, як червоні світлодіоди на основі InGan та вертикально складені RGB-світлодіоди, привертають значну увагу. Хоча поки що важко визначити, який технологічний шлях стане домінуючим, нинішня ситуація з безліччю конкурентних рішень, ймовірно, прискорить пошук найоптимальнішого з них. Очікується, що у 2024 році, завдяки привабливості масового виробництва та диверсифікованих застосувань, все більше виробників наважиться освоїти цю сферу, не тільки зміцнивши ланцюжок поставок, але й надалі вдосконалюючи структуру витрат на мікро-світлодіоди.

Посилення конкуренції в технологіях Micro OLED з доповненою і віртуальною реальністю

У зв'язку зі зростанням попиту на гарнітури доповненої та віртуальної реальності зростає потреба у дисплеях з надвисоким показником PPI, а Micro OLED є провідною технологією в цій галузі. Хоча наразі існує лише кілька пристроїв AR/VR, що використовують дисплеї Micro OLED, це може змінитися, коли ключові бренди почнуть використовувати їх, що потенційно призведе до більш широкої присутності Micro OLED на ринку. Майбутні тенденції - це персоналізовані дисплеї та мініатюризація. Ця еволюція залежить від інтеграції напівпровідникових процесів з технологіями дисплеїв.

Наразі дисплеї Micro OLED є втіленням поєднання напівпровідникових процесів з технологіями осадження AMOLED. Для виробників панелей Micro OLED забезпечення стабільних ресурсів для виробництва пластин має вирішальне значення. Як нові, так і вже відомі гравці перерозподіляють свої ресурси в галузі, і відбувається постійний перехід від поточної технології OLED з білим світлом до технології RGB OLED. Однак у MicroOLED-дисплеїв є свої проблеми, такі як яскравість та обмеження світлової ефективності. Їхній потенціал домінування на ринку дисплеїв, що використовуються у гарнітурах, значною мірою залежатиме від прогресу різних технологій мікро-дисплеїв.

Розвиток технологій матеріалів і компонентів сприяє комерціалізації оксиду галію

Кількість застосувань, що вимагають високої напруги, високої температури і високої частоти, продовжує зростати, і оксид галію (Ga₂O₃) стає сильним конкурентом для силових напівпровідникових приладів наступного покоління. Це особливо актуально для таких галузей, як електромобілі, електромережі та аерокосмічна промисловість. На відміну від карбіду кремнію та нітриду галію, вирощених у паровій фазі, кристали оксиду галію можна виробляти за допомогою методів вирощування з розплаву, подібних до того, як з кремнію. Це пропонує більший потенціал для зниження витрат. Зараз промисловість досягла масового виробництва 4-дюймових монокристалів оксиду галію, з планами розширити виробництво до 6-дюймових в найближчі роки.

Одночасно відбулися значні зрушення в структурному дизайні та процесах виробництва діодів Шотткі та транзисторів на основі матеріалів з оксиду галію. Очікується, що перша партія таких діодів з'явиться на ринку найближчим часом, потенційно ставши першими комерційно масштабованими силовими компонентами на основі оксиду галію. Хоча ця технологія все ще стикається з проблемами, такими як погана теплопровідність і відсутність легування P-типу, очікується, що завдяки залученню основних гравців силової напівпровідникової промисловості та ключових застосувань, комерціалізація не за горами.

Індустрія акумуляторів для електромобілів стоїть на порозі нової ери

Оскільки галузь виробництва акумуляторів для електромобілів вступає в еру виробництва ТВт-год, попит на батареї з підвищеною безпекою та щільністю енергії стає все більш вираженим. Однак сучасні основні технології виробництва акумуляторів для електромобілів наближаються до межі можливої щільності енергії, а існуючі матеріальні системи вже не здатні задовольнити зростаючий попит на ринку як на щільність енергії, так і на безпеку. Нові прориви неминучі, оскільки великі автовиробники та виробники акумуляторів прискорюють свої інвестиції та дослідження в технології акумуляторів наступного покоління.

Твердотільні акумулятори, які пропонують вищу щільність енергії та підвищену безпеку, стали основним напрямком корпоративних досліджень і розробок. Галузь заглибилася в практичне застосування та дослідження, включаючи напівтвердотільні технології, такі як колоїдно-стаціонарні акумулятори. Очікується, що розробка і комерційне застосування цих технологій прискорить вихід галузі акумуляторів для електромобілів на новий цикл технологічної ітерації до 2024 року, що матиме значний вплив на галузевий ландшафт протягом наступного десятиліття.

Попри те, що літій-іонні акумулятори зайняли провідне місце в секторі електромобілів, різноманітність типів транспортних засобів і різноманітних випадків використання означає, що альтернативні технології акумуляторів все ще мають свої спеціалізовані ніші. Наприклад, натрій-іонні акумулятори мають перевагу в ціні завдяки великим і рівномірно розподіленим запасам натрію. Однак їхня нижча щільність енергії робить їх придатними для більш бюджетних електромобілів, які не потребують великого запасу ходу. Наразі китайські виробники акумуляторів активно працюють над комерціалізацією цієї технології.

Водневі паливні елементи мають ряд переваг, таких як нульові викиди, великий запас ходу, швидка заправка і здатність підтримувати холодний старт. Вони в першу чергу призначені для використання у важких комерційних транспортних засобах. Однак водневі паливні елементи стикаються з такими проблемами, як низька ефективність перетворення енергії, високі витрати на виробництво та зберігання водню, а також суперечливий процес виробництва водню. Через відносну недостатню зрілість галузі, на ринку наразі є лише обмежений вибір легкових та комерційних автомобілів, які використовують цю технологію. Очікується, що широке комерційне впровадження у великовантажних автомобілях великої дальності відбудеться після 2025 року.

Підвищення ефективності перетворення енергії, дальності пробігу та ефективності заряджання будуть трьома основними напрямками розвитку електромобілів у 2024 році

Мікросхеми SiC, які мають переваги низьких втрат, є ключовими компонентами у підвищенні коефіцієнта перетворення енергії в електромобілях. Очікується, що до 2024 року виробничі потужності 8-дюймових пластин SiC поступово зростатимуть. Однак показники виходу все ще потребують покращення, а більшість потужностей вже зарезервовані виробниками, що займаються подальшою переробкою. Це означає, що потенціал для зниження собівартості чипів обмежений. Оскільки акцент робиться на зменшенні розміру мікросхем, інвестиції в дослідження і розробки в технології Trench стануть більш пріоритетними.

NCM і LFP залишаються найкращим вибором для автовиробників, коли мова йде про запас ходу. Основними цілями є оптимізація структури акумуляторних батарей шляхом регулювання співвідношення матеріалів для збільшення щільності енергії, а отже, збільшення дальності пробігу. Очікується, що твердотільні батареї, відомі своєю високою щільністю енергії, почнуть обмежено встановлюватися в транспортних засобах як напівтверді батареї у другому півріччі минулого року. 2024 рік - це важливий момент для спостереження за комерціалізацією батарей цього типу.

Також помітно збільшиться кількість транспортних засобів на платформі 800 В, що дозволить скоротити час заряджання. Ці транспортні засоби можуть підтримувати швидку зарядку потужністю понад 360 кВт, що призведе до сплеску будівництва потужних зарядних станцій.

Крім того, прискорюється прогрес у сфері бездротової зарядки. У США прийнято закон про підтримку бездротового заряджання електромобілів, а в штаті Мічиган планується відкриття 1,6-кілометрової автомагістралі для бездротового заряджання.

Диверсифікація методів заряджання потенційно може зменшити занепокоєння власників електромобілів щодо дальності пробігу.

Ще один тренд - зростаюча сфера штучного інтелекту просуває електромобілі до просунутого автономного водіння. При розробці систем автономного водіння надійність є ключовим фактором, що визначає готовність до виходу на ринок.

АІ відіграє життєво важливу роль у підвищенні ефективності, включаючи допомогу в класифікації та маркуванні величезної кількості зображень, а також моделюванні сценаріїв. У той час як конкуренти швидко розвивають інтелектуальне водіння, суперкомп'ютер Dojo компанії Tesla оголосив про свої плани щодо виходу на масовий ринок. Планується інвестувати 1 мільярд доларів у навчання нейронних мереж за допомогою Dojo у 2024 році. Впровадження більш досконалої системи автономного водіння та встановлення доступної ціни буде стратегією Tesla для збереження своїх позицій у світі інтелектуального водіння.

Глобальний потяг до "зелених" рішень посилюється, а симуляції АІ стають стрижнем для відновлюваної енергетики та декарбонізованого виробництва

За прогнозами МЕА, до 2024 року світове виробництво відновлюваної енергії досягне приголомшливих 4 500 ГВт - майже на рівні з викопними видами палива. Цей сплеск в першу чергу пояснюється посиленням політичного лобіювання, зростанням цін на викопне паливо та енергетичними кризами, спричиненими війною. Щоб забезпечити стабільне виробництво енергії з відновлюваних джерел, периферійні системи, такі як електромережі, накопичувачі енергії та управління, неминуче впроваджують інтелектуальні технології на основі штучного інтелекту для збільшення буферної здатності та точності.

Візьмемо, наприклад, розумну електромережу: Контрольоване навчання оптимізує вхідну і вихідну потужність, неконтрольоване навчання покращує якість зібраних даних, а такі інструменти, як прогнозування навантаження і оцінка стабільності, підвищують загальну ефективність. Все це має вирішальне значення для розвитку технологій зеленої енергетики у 2024 році.

Крім того, у цьому році інтелектуальне виробництво та енергоменеджмент будуть зосереджені на оптимізації енергоспоживання в приводних системах, створенні повністю взаємопов'язаної екосистеми даних і візуалізації потоків енергії та її споживання.

Використовуючи інтеграцію віртуальних і фізичних систем за допомогою динамічних цифрових двійників, мета полягає в тому, щоб перетворити дані з вуглецево-орієнтованих на екологічно чисті потоки, які потім можуть бути конвертовані у фінансові вигоди.

Нові технології, такі як генеративний штучний інтелект і 3D-друк, мають потенціал для прискорення етапів проектування і виробничого моделювання, тим самим зменшуючи втрати ресурсів і демонструючи значний потенціал у майбутньому. Враховуючи зростаючу увагу до сталого розвитку в різних секторах, організації повинні насамперед розуміти власні викиди вуглецю і свій "вуглецевий слід". Отже, інструменти вуглецевого аудиту стають пріоритетом для великих CSP, які продовжують використовувати штучний інтелект і машинне навчання для оптимізації викидів вуглецю.

Складані телефони очолюють інноваційні тренди: Комерціалізація нових технологій і матеріалів для розширення індустрії OLED в різних сферах застосування

Оскільки складані OLED-телефони продовжують стимулювати інновації та успішно завойовувати увагу ринку, нещодавно випущені складані телефони суттєво вдосконалюються відповідно до очікувань споживачів. Наприклад, використання легких композитних матеріалів для поворотної панелі та опорної пластини екрана, краплеподібна структура шарніра, яка ефективно зменшує кількість компонентів, і навіть заміна основи шарніра на кришку корпусу - все це сприяє тому, що формфактор наближається до товщини та ваги традиційних пластинчастих смартфонів. Оскільки проникнення складаних телефонів на ринок поступово зростає, важливо не лише продовжувати технологічний прогрес, але й ефективно знижувати витрати, забезпечуючи прибутковість у міру того, як ці продукти стають все більш поширеними на ринку.

Оскільки технологія OLED все більше проникає на ринок смартфонів, ІТ-сектор стає наступним критично важливим полем битви для розвитку OLED. Для подальшого розширення своєї присутності на існуючому ІТ-ринку гравці галузі роблять кілька ключових кроків. Окрім Samsung, яка вже оголосила про свій інвестиційний план будівництва нового заводу G8.7, варто відзначити заплановане будівництво заводу B16 компанією BOE Technology, постійні плани JDI зосередитися на розробці нової технології eLEAP, а також агресивне просування Visionox на ринки, пов'язані з OLED-технологіями, - все це заслуговує на увагу. Ці ініціативи виробників панелей спрямовані не лише на задоволення попиту Apple на компоненти середнього розміру, але й слугують каталізатором для виходу OLED-панелей на інші ринки застосування. Очікується, що до 2025 року впровадження нових технологій дозволить подолати обмеження в розмірах поточного FMM- та випаровувального обладнання. У поєднанні з комерціалізацією більш довговічніших матеріалів та успішним масовим виробництвом на виробничих лініях нового покоління ці розробки, як очікується, значно підвищать рівень проникнення OLED-технології на ринок у різних сферах застосування.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365